OSI参照モデル ― 7階層それぞれの役割

7階層は「下ほど物理に近く、上ほど人に近い」順に並んでいます

OSI参照モデルは、通信の機能を7つの層に分けた枠組みです。下の層ほど電気信号やケーブルといった物理的なものに近く、上の層ほど人が使う画面や文章に近くなります。

正式名称は Open Systems Interconnection で、国際標準化機構（ISO）が定めました。ただし、実際の製品がこの通りに作られているわけではありません。

現場や参考書では、「L2の問題」のように層番号で話を通じさせる共通語として使われています。各層は自分の役割だけを受け持ち、すぐ上下の層とだけやりとりします。

以下では、7階層それぞれの役割と宛先、代表的なプロトコルを1層ずつ説明します。OSI参照モデルとTCP/IPモデルの対応関係は、次の記事の1-3 OSIとTCP/IPモデルの違い・対応関係で説明します。

動かせる7階層

次の図で各層のボタンを押すと、その層の役割・PDU・宛先・関連する用語が下に表示されます。PDUは、その層でのデータの呼び名です。まずは、HTTPやWi-Fiなど、知っている言葉を含む層から押してみてください。

LAYER 7 / APPLICATION

アプリケーション層

人やアプリが直接使うサービスそのものを提供する層です。

Webの閲覧・メールの送受信・ファイル転送・名前解決など、目的ごとのプロトコルが並びます。ブラウザやメールソフトそのものではなく、それらが話す言葉の決まりがこの層です。

PDU: メッセージ
宛先: アドレスの仕組みはない（URL/ドメイン名を使うが、第7層独自のものではない）

HTTPHTTPSDNSSMTPIMAPSSHDHCP

身近な例：ブラウザに表示される 404 Not Found は、HTTPというL7プロトコルの返事です。

層ごとの役割（第1層〜第7層）

次の表を第1層から第7層へ順に読むと、物理的な信号が少しずつ意味のあるデータに組み立てられていく流れが分かります。

層	役割	宛先	代表的な規格・プロトコル
第1層物理層	0と1を、電気・光・電波といった物理的な信号に変えて送り出す	なし	LANケーブルの規格、光ファイバ、Wi-Fiの電波、RJ-45コネクタ
第2層データリンク層	直接つながった相手にフレームを届ける（FCSで誤りを検出し、壊れていれば捨てる。Ethernetは再送しない）	MACアドレス	Ethernet, Wi-Fi (802.11), ARP^※
第3層ネットワーク層	ネットワークをまたいで、最終的な宛先までの経路を選ぶ	IPアドレス	IP, ICMP
第4層トランスポート層	アプリ同士の通信を成立させ、必要なら届いたかの確認・再送まで行う	ポート番号	TCP, UDP
第5層セッション層	通信の開始から終了までの、ひと続きのやりとりを管理する	層としてのアドレスはない（セッションIDなどで管理）	RPC, NetBIOS
第6層プレゼンテーション層	データの表現形式をそろえ、送り手と受け手が同じ意味に解釈できるようにする	なし	UTF-8, JPEG, TLS（暗号化）
第7層アプリケーション層	人やアプリが直接使うサービスを提供する	層としてのアドレスはない（URL/ドメイン名を使うが、第7層自体の体系ではない）	HTTP, DNS, SMTP

^※ ARPは、IPアドレスからMACアドレスを調べるプロトコルで、第2層と第3層の間で働きます。どちらに分類するかは資料によって異なり、この表では第2層に入れています。

第2層では、FCSという検査用の値を使って誤りを検出します。誤り検出の仕組みは、パリティチェックとCRCとは ― 誤り検出の仕組みで説明しています。

第1層には「宛先」という考え方がない

物理層が扱うのは、それ自体に意味のないビットの列です。ビットの列は、電気信号や光の点滅として送られます。この層には、どこ宛かを指定する考え方がありません。宛先は、次の第2層のMACアドレスで初めて登場します。

ケーブルやWi-Fiの電波そのものと、データリンク層の違いについては、前の記事の1-1 ネットワークとは ― なぜ層に分けるのかでも確認しています。

トランスポート層は、届いたかの確認を「選べる」層

第4層には、性格の異なる2つの代表的なプロトコルがあります。1つ目のTCPは、3回のやり取りでお互いの準備ができていることを確かめてから接続します。

接続後は、届いたかどうかの確認、再送、順序の整理まで行います。その代わり、処理の手間は増えます。2つ目のUDPは、それらを省略して速さと軽さを優先します。どちらを使うかは、アプリ側が選びます。

セッション層・プレゼンテーション層は独立して意識されにくい

第5層のセッション層と第6層のプレゼンテーション層は、独立した層として意識されることがあまりありません。実際に広く使われているTCP/IPモデルでは、どちらもアプリケーション層に含まれているためです。対応関係は、次の記事の1-3 OSIとTCP/IPモデルの違い・対応関係にまとめています。

機器によって、処理する層の深さが違う

データは、PCからスイッチとルータを経由してサーバに届きます。ただし、すべての機器が7層すべてを処理しているわけではありません。スイッチは、第2層のMACアドレスまでしか見ずに転送先を決めます。ルータは、第3層のIPアドレスまでしか見ません。第7層のアプリケーション層まで処理するのは、PCとサーバだけです。

色が付いた層まで、実際に処理しています。スイッチは第2層のMACアドレスまで見て、転送先を決めます。ルータは第3層のIPアドレスまで見ます。PCとサーバは、第7層のアプリケーション層まで処理します。

PDU（各層でのデータの呼び名）

同じひとかたまりのデータでも、どの層を通っているかによって呼び方が変わります。この呼び名をPDU（Protocol Data Unit）と呼びます。

層	各層でのデータの呼び名（PDU）
第1層物理層	ビット
第2層データリンク層	フレーム
第3層ネットワーク層	パケット
第4層トランスポート層	セグメント（UDPはデータグラム）
第5層セッション層	データ
第6層プレゼンテーション層	データ
第7層アプリケーション層	メッセージ

呼び名を区別するのは、主に第1層〜第4層です。第5層〜第7層は、まとめてデータと呼びます。そのうちアプリケーション層のデータは、特にメッセージと呼びます。

OSI7階層の語呂合わせ

7階層を、上の第7層から下の第1層へ順に暗記するための語呂合わせがあります。公式のものではありませんが、順番を覚える助けになります。

層	名前	語呂
第7層	アプリケーション層	ア
第6層	プレゼンテーション層	プ
第5層	セッション層	セ
第4層	トランスポート層	ト
第3層	ネットワーク層	ネ
第2層	データリンク層	デ
第1層	物理層	ブ

頭文字をつなげると：「アプセトネデブ」。1つの層に1文字が対応します。プはプレゼンテーション層です。「アプ」をひとまとめに読むと、プレゼンテーション層が抜け落ちてしまいます。

練習問題（全5問）

選んでから「採点する」を押すと、解説つきで答え合わせができます。

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